Аквариум Российский патент 2024 года по МПК A01K63/00 

Изобретение относится к устройствам для содержания рыб и водных растений и может быть использовано при создании аквариумов, включая крупные по размерам, оборудуемых в местах массового посещения.

Из уровня техники известен аквариум [RU 12503, U1, А01К 63/00, 20.01.2000], содержащий емкость для жидкости, образованную склеенными между собой нижней и боковыми стеклянными стенками, и фиксирующими средствами, выполненными в виде рамок преимущественно Г-образного профиля, закрепленных в верхней и нижней части аквариума с обеспечением плотного контакта по периметру корпуса.

Недостатком аквариума является относительно ограниченная вместимость.

Аналогом заявленного аквариума является декоративный сосуд, в частности аквариум для размещения и наблюдения флоры и/или фауны [RU 23548, U1, А01К 63/00, 27.06.2002], состоящий из основной емкости и, по крайней мере, одной дополнительной емкости (центральной секции) из прозрачного материала для размещения наблюдаемого объекта и среды его обитания, при этом, дополнительная емкость снабжена основанием, имеющим утяжеляющий элемент, представляющий собой единое целое с размещенной над ним дополнительной емкостью, причем, емкости сосуда выполнены из плавкого материала методом литья, основание представляет собой усеченную симметричную фигуру с обращенной большей плоской поверхностью в сторону дополнительной емкости (центральной секции), боковые наружные грани которого в поперечномсечении представляют собой дугообразную кривую, являющуюся сегментом эллипсоида, дополнительная емкость (центральная секция) снабжена боковыми гранями, одна из поверхностей которых является продолжением боковых, наружных граней основания, образуя усеченную фигуру вращения, а снаружи снабжена боковыми секциями в виде декоративных элементов, образующих вместе с ней и основанием изображение декоративного изделия, которое имитирует сосуд в целом, причем для придания устойчивости сосуду масса утяжеляющего элемента основания не меньше массы основной и дополнительной емкостей с декоративными элементами, и их центр тяжести расположен на вертикальной прямой, проходящей через центр тяжести основания.

Недостатком этого технического решения является относительно высокая сложность.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является аквариум [RU 2218760, С2, А01К 63/00, 20.12.2003], содержащий основную и дополнительную емкости, при этом, по меньшей мере, дополнительная емкость выполнена из прозрачного материала и обращена своим открытым торцем в сторону дна основной емкости с возможностью погружения ее кромки в жидкость при заполнении ею основной емкости, при этом дополнительная емкость снабжена линией отвода воздуха и циркуляции воды, вход которой сообщен с верхней зоной полости емкости, а выход предназначен для соединения с насосом, и которая расположена внутри дополнительной емкости или огибает ее снаружи.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно большая удельная материалоемкость, определяемая расходом материала на единицу объема аквариума, особенно проявляемая для крупных аквариумов, поскольку толщина стенок выполняется одинаковой по всему объему аквариума без учета допустимости их уменьшения в местах, обеспечивающих такую возможность.

Задачей, которая решается предложенным изобретением, является создание аквариума, характеризующегося более низкой удельной материалоемкостью (расходом материала стенок относительно объема аквариума).

Требуемый технический результат заключается в снижении удельной материалоемкости аквариума, а также в расширении арсенала технических средств, используемых для создания аквариумов.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в аквариуме, содержащем нижнюю основную емкость и верхнюю дополнительную емкость, выполненную из прозрачного материала и обращенную своим открытым торцом в сторону дна нижней основной емкости с возможностью погружения ее кромки в жидкость при заполнении ею нижней основной емкости, согласно изобретения, верхняя дополнительная емкость выполнена в форме объемной фигуры - сферы, цилиндра или усеченного конуса, имеющей в любой точке по высоте горизонтальные сечения в виде окружностей, при этом, при выполнении верхней дополнительной емкости в форме цилиндра толщину ее стенок принимают с понижающим коэффициентом 0,29, а при выполнении верхней дополнительной емкости в форме сферы или усеченного конуса толщину ее стенок принимают с понижающим коэффициентом 0,21..

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - конструкция аквариума со сферической формой верхней дополнительной емкости;

на фиг. 2 - конструкция аквариума с цилиндрической формой верхней дополнительной емкости;

на фиг. 3 - расчетная схема верхней дополнительной емкости сферической формы;

на фиг. 4 - схема распределения силы давления на стенки верхней дополнительной емкости сферической формы;

на фиг. 5 - схема распределения давления пристеночного объема продукта S_кц на стенку верхней дополнительной емкости сферической формы.

Аквариум состоит из установленной на подставке 1 основной емкости 2, предназначенной для залива воды и обитания водных организмов. Ребра жесткости 3 в количестве преимущественно пяти размещены на равном расстоянии друг от друга перпендикулярно краю дополнительной емкости 4 и предназначены для усиления основной емкости 2, а также опоры указанной дополнительной емкости 4, размещенной в основной емкости 2. Дополнительная емкость 4 также предназначена для обитания водных организмов. Линия отвода воздуха и циркуляции воды в виде отводящей трубки 5 находится внутри дополнительной емкости 4 и предназначена для автоматического удаления воздуха, фильтрации и циркуляции воды. Она соединена через эжектор 6 с погружным насосом 7 и с фильтром 8.

Используется аквариум следующим образом.

Вода заливается в основную емкость 2 из-под купола, образованного дополнительной емкостью 4. Воздух откачивается с одновременным доливанием воды в основную емкость 2. Таким образом, вода заполняет дополнительную емкость 4 полностью и основную емкость 2. Ребра жесткости 3 служат для усиления емкости 2 и для опирания дополнительной емкости 4. Отводящая трубка 5 подключается к погружному центробежному насосу 7 и служит для автоматического удаления скапливающихся пузырьков воздуха из верхней части купола дополнительной емкости 4, а также для циркуляции воды и ее фильтрации при наличии фильтра.

Таким образом, после заполнения дополнительной емкости 4 водой обеспечивается возможность нахождения биоматериала выше уровня поверхности воды основной емкости, за счет чего улучшается обзор содержимого аквариума и его эстетический вид.

Постоянная циркуляция воды обеспечивает насыщение ее кислородом, что приводит к улучшению жизни водных организмов.

Сообщение между собой основной и дополнительной емкости и возможность нахождения биоматериала выше уровня поверхности воды обеспечивает увеличение водного пространства, что также приводит к улучшению условий жизни водных организмов.

Кроме того, приведем теоретическое обоснование существенных признаков, касающихся снижения материалоемкости относительно толщины стенок дополнительной емкости, сделанное автором настоящей заявки в научных источниках информации (поз.4 и 5 списка литературы).

Известна методика расчета стенки вертикальных наземных резервуаров, которые выполнены, с участками, имеющими горизонтальные сечения в виде окружностей на прочность, который ведется на основе гипотезы плоских сечений (гипотеза Вернули) [2] по безмоментной теории тонких оболочек [3].

Согласно уравнению Лапласа [3] для расчета прочности стенки резервуара и гипотезе плоских сечений [2] кольцевые напряжения в стенке σ_кц=σ₁ (фиг. 2) определяются по формуле

где σ_max=Ry; (σ_max - расчетное напряжение;

Ry - расчетное сопротивление материала конструкции;

Р - внешние силы, действующие на стенку резервуара;

R - радиус привязки в кольцевом напряжении;

t - толщина оболочки;

σ_кц - кольцевые напряжения в стенке.

Как следует из формулы (3), толщина стенки в рассматриваемом сечении зависит и пропорциональна только давлению, создаваемому массой жидкости, ограниченной высотой над данным сечением Н, и площадью жидкости в этом сечении S, ограниченной ее радиусом R. Как следует из закона Паскаля, давление, производимое на жидкость, передается в любую точку без изменения во всех направлениях, т.е. не только на дно, но и на стенки сосуда.

Таким образом, констатируется, что на стенку вертикального резервуара давит весь объем жидкости, находящийся внутри него, независимо от расстояния до конкретного сечения.

Такой подход является недостаточным, т.к. не учитывает, что внутри резервуара жидкость находится в равновесном состоянии. Это равновесие реализуется между одинаковыми массами жидкости, которые для одного «плоского сечения» зависят только от его площади S. Это согласуется с известным предположением, что можно рассматривать отдельные части жидкости как «замороженные» (не изменяющие форму и не взаимодействующие с жидкостью) и находящиеся при этом в равновесии. То есть предположим, что на стенку давит только пристеночная (кольцевая) часть этого объема. А внутренний столб жидкости уравновешен с ним (фиг. 5). В общем случае такими одинаковыми объемами обладает внутренний круг (S_kp)_r и опоясывающее его кольцо (S_кц)_R.

Таким образом:

Формулы (7) и (8) имеют общий вид и при использовании соответствующих коэффициентов, отражающих форму аквариума, конструктивные особенности, условия работы и внешних воздействий, может быть использована при расчете прочности стенки вертикального цилиндрического резервуара из любых конструкционных материалов с соответствующим уменьшением величины внешнего воздействия или толщины стенки в 3,45 раза.

Применительно к сферическим и коническим оболочкам внутреннее гидростатическое давление на стенку Р, с учетом гидростатического парадокса (Паскаля), зависит: для конических оболочек - от величины и угла наклона стенки, а для шаровых - от расположения рассматриваемого сечения - выше или ниже экваториальной линии.

Аналогичные расчеты для этих конструкций выявили одинаковые поправочные коэффициенты - 0,21. То есть толщины этих конструкций могут быть уменьшены в 4,76 раз.

Косвенно это подтверждает и строение куриных яиц, наиболее близких по форме к сферическим оболочкам. Так отношение толщины скорлупы к размерам взаимно перпендикулярных внешних контуров (0,003 - 0,00950значительно меньше, чем в шаровых металлических емкостях объемом 600 м³ (0,032) [4].

Таким образом, расчет тонкостенных оболочек на прочность от внутреннего давления можно проводить с использованием понижающих поправочных коэффициентов в зависимости от формы конструкции (цилиндрической, конической или шаровой):

- для цилиндрических оболочек - 0,29.

- для конических и шаровых оболочек - 0,21.

Кольцевые напряжения в стенке толщиной t

Давление на стенку вертикальных цилиндрических, конических или сферических резервуаров по гипотезе плоских сечений производится не всей массой жидкости, ограниченной ее высотой и площадью, а только кольцевой оболочкой, уравновешенной внутренним объемом жидкости, что предполагает в формуле расчета прочности стенок резервуаров введение поправочных (понижающих) коэффициентов 0,29 (для цилиндрических) и 0,21 (для конических и сферических) оболочек.

Так, в трудах Симона Стевина, математически объяснившего парадокс Паскаля и заново открывшего законы равновесия жидкостей и сделано предположение о том, что можно рассматривать отдельные части жидкости как «замороженные» (не изменяющие форму и не взаимодействующие с жидкостью) и находящиеся при этом в равновесии. В дальнейшем - трудах академика В.Г. Шухова (1883 г.), основоположника отечественного резервуаростроения, профессора Е.Н. Лессига («Листовые металлическиеконструкции» 1970 г.) академика Н.П. Мельникова (справочник проектировщика «Металлические конструкции» 1980 г.) и более поздних работах других авторов («Металлические конструкции в 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения / под ред. В.В. Горева - М.: Высшая школа, 2005 г.; «Металлические конструкции в 3 т. Т. 2 Стальные конструкции зданий и сооружений. Справочник проектировщика/ Под общ. ред. В.В. Кузнецова. ЦНИИПСК им Н.П. Мельникова 1998 г.) этот вопрос не опровергался. Т.е. такой подход по крайней мере, имеет право на жизнь.

Таким образом, благодаря тому, что в дополнительной емкости участки с горизонтальными сечениями имеют вид окружностей, обеспечивается возможность выполнения толщины стенок на участках с горизонтальными сечениями в форме окружностей из условия обеспечения их прочности относительно стенок в нижней части аквариума. При этом, для участков с цилиндрической формой боковых стенок данный коэффициент является равным 0,29, а для участков с конической и/или сферической формой боковых стенок данный коэффициент является равным 0,21. Все это в целом, приводит к уменьшению удельной материалоемкости устройства, что обеспечивает достижение требуемого технического результата с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы для изготовления не только аквариумов, но резервуаров, используемых для транспортировки и хранения жидких сред, в том числе, в качестве наземных сооружений и хранилищ.

Литература

1. Лессиг Е.Н., Лилеев А.Ф., Соколов А.Г. Листовые металлические конструкции М., Стройиздат, 1970 г.

2. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов, М: Физматгиз, 1963 г. -456 стр.

3. Власов В.В. Избранные труды Т.1 «Общая теория оболочек и ее приложения в технике», 1962 г. - 523 стр.

4. Khanukhov Khanukh Mikhailovich International Conference "Process Management and Scientific Developments" Birmingham, United Kingbom (Novotel Bimingham Centre, January 13, 2021 стр. 113-119.

5. Ханухов X.M. К расчету тонкостенных оболочек на прочность. Вестник гражданских инженеров 2021 №5(88) стр. 70-75.

6. Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением (РД 03-380-00).

Изобретение относится к устройствам для содержания рыб и водных растений. Аквариум содержит нижнюю основную емкость и верхнюю дополнительную емкость, выполненную из прозрачного материала и обращенную своим открытым торцом в сторону дна нижней основной емкости с возможностью погружения ее кромки в жидкость при заполнении ею нижней основной емкости. Верхняя дополнительная емкость выполнена в форме объемной фигуры - сферы, цилиндра или усеченного конуса, имеющей в любой точке по высоте горизонтальные сечения в виде окружностей. При выполнении верхней дополнительной емкости в форме цилиндра, толщину ее стенок принимают с понижающим коэффициентом 0,29, а при выполнении верхней дополнительной емкости в форме сферы или усеченного конуса, толщину ее стенок принимают с понижающим коэффициентом 0,21. Изобретение обеспечивает уменьшение материалоемкости устройства. 5 ил.

Аквариум, содержащий нижнюю основную емкость и верхнюю дополнительную емкость, выполненную из прозрачного материала и обращенную своим открытым торцом в сторону дна нижней основной емкости с возможностью погружения ее кромки в жидкость при заполнении ею нижней основной емкости, отличающийся тем, что верхняя дополнительная емкость выполнена в форме объемной фигуры - сферы, цилиндра или усеченного конуса, имеющей в любой точке по высоте горизонтальные сечения в виде окружностей, при этом, при выполнении верхней дополнительной емкости в форме цилиндра толщину ее стенок принимают с понижающим коэффициентом 0,29, а при выполнении верхней дополнительной емкости в форме сферы или усеченного конуса толщину ее стенок принимают с понижающим коэффициентом 0,21.